同位素温差电池气路接口一次密封及二次密封保护的方法
阅读说明：本技术 同位素温差电池气路接口一次密封及二次密封保护的方法 (Method for protecting gas circuit interface of isotope temperature difference battery through primary sealing and secondary sealing ) 是由 侯旭峰 任保国 陈媛媛 阎勇 刘锐 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种同位素温差电池气路接口一次密封及二次密封保护的方法,包括：制造气氛处置接口和保护帽；将气氛处置接口与电池壳端盖螺接定位并进行密封连接；利用超声波高频振荡原理结合特选薄壁铝合金材料,采用超声波封口机对气氛处置接口进行密封焊接,完成气路接口的一次密封；二次密封保护帽,使暴露在电池壳端盖外的气氛处置接口管体和焊口全部伸入保护帽内腔中,采用氩弧焊方式在保护帽台阶坡口环缝位置焊接密封保护帽,完成二次密封保护。本发明有效地提高了同位素温差电池的接口密封成品率和密封性、增强了薄壁接口安全性、缩短了接口密封操作时间,有效保障了同位素温差电池安全性和可靠性、在轨服役寿命、以及操作人员辐射安全性。(The invention relates to a method for protecting a primary seal and a secondary seal of an isotope temperature difference battery gas path interface, which comprises the following steps: manufacturing an atmosphere disposal interface and a protective cap; the atmosphere treatment interface is in threaded connection with the end cover of the battery shell for positioning and sealing connection; the ultrasonic high-frequency oscillation principle is combined with the specially-selected thin-wall aluminum alloy material, and an atmosphere treatment interface is hermetically welded by an ultrasonic sealing machine to finish primary sealing of the gas path interface; and (4) a secondary sealing protective cap, wherein the atmosphere treatment interface pipe body and the welding port exposed outside the end cover of the battery case are enabled to completely extend into the inner cavity of the protective cap, and the sealing protective cap is welded at the position of the circular seam of the step groove of the protective cap in an argon arc welding mode to complete secondary sealing protection. The invention effectively improves the interface sealing yield and the sealing performance of the isotope thermoelectric cell, enhances the safety of the thin-wall interface, shortens the interface sealing operation time, and effectively ensures the safety and the reliability of the isotope thermoelectric cell, the service life of the isotope thermoelectric cell in orbit and the radiation safety of operators.)
技术领域
本发明属于同位素温差电池技术领域，特别是涉及一种电池金属密封壳体的气氛处置接口的密封和对密封接口的二次密封保护方法。
背景技术
同位素温差电池具有结构紧凑、寿命长、可靠性高、不依赖外部环境的特点，广泛应用于深空探测任务中。由于产品内部工作温度高达数百摄氏度，为了保证产品的可靠性、安全性应用要求，产品必须为全密封结构。由于产品特性，需要在产品完成全部的本体装配集成后，最后进行电池内部的气氛处置，这使得在产品设计中，需要设计保留独立的气氛处置接口，在完成电池气氛处置后，再对接口进行密封。
在实际工作中，针对同位素温差电池产品的减重、减体积要求，电池壳体通常采用低密度合金材料，并尽可能的降低接口高度。因此，必须一次性地完成电池接口的密封。但是，由于接口连接管通常为空心薄壁管，在电池内部气氛为正压情况下，采用直接熔融焊接的方式进行密封，焊口位置容易出现气孔导致泄漏，使得通过一般的熔融焊接(例如TIG氩弧焊)方式难以实现在正压条件下的密封连接。此外，由于同位素温差电池具有放射性，若密封连接方式本身需要很长时间，或需要多次焊接才能实现密封，都会增加操作人员的受照剂量，形成不必要的伤害。
发明内容
本发明针对现有技术中所存在的问题，提供了一种能够使气氛处置接口连接管快速、可靠地实现密封，一次性完成接口的密封的方法，并考虑了接口连接管本身作为薄壁结构的结构强度脆弱性，增加了快速的二次密封保护帽，既形成了密封可靠性的二次增强效果，同时避免了对密封接口薄壁结构的意外损伤。
本发明是这样实现的，一种同位素温差电池气路接口一次密封及二次密封保护的方法，包括以下步骤：
S1、制造气氛处置接口和保护帽
气氛处置接口的制造：选用一金属材料管件进行车削和钻孔，形成上端为壁厚0.8mm～1.2mm、上端管长≥50mm的薄壁管，下端为具有螺纹的台阶短管；
保护帽的制造：选用一金属材料管件进行车削，形成内部为空腔，上端为壁厚2mm，下端为具有向外朝上方翻折延伸的有独立沟槽的管帽，且沟槽外沿的顶部外端面具有台阶坡口；
S2、先将气氛处置接口与电池壳端盖通过气氛处置接口下端的螺纹螺接定位，然后通过熔融焊接方式或压缩密封方式对电池壳端盖内侧与气氛处置接口的环形接缝进行密封连接；
S3、在电池完成装配集成、气氛处置后，采用超声波封口机对气氛处置接口进行密封焊接，使焊口保持均匀的扇形网格焊接面，再通过超声波封口机的末端切刀在焊口网格焊接面处切断管体，使处于气路连接通路的电池气氛处置接口与外部连接气路分离，完成气路接口的一次密封；
S4、将保护帽扣合在电池壳端盖上，使暴露在电池壳端盖外的气氛处置接口管体和焊口全部伸入保护帽内腔中；
S5、调整保护帽，使保护帽底部的台阶坡口与电池壳端盖的连接口端面齐平，压紧保护帽，采用氩弧焊方式在台阶坡口环缝位置焊接密封保护帽，完成二次密封保护。
在上述技术方案中，优选的，所述气氛处置接口由铝合金、铜、不锈钢或钛合金材料制成。
在上述技术方案中，优选的，所述保护帽由铝合金、铜、不锈钢或钛合金材料制成。
在上述技术方案中，进一步优选的，所述铝合金材料为2A16H态铝合金材料。
在上述技术方案中，优选的，所述熔融焊接方式为激光焊接、氩弧焊焊接、电子束焊接中的一种。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明使用超声波封口的方法，通过快速的管体挤压变形使气道封闭，同时再通过超声波高频振动，使得管体挤压变形位置的铝合金材料连接面迅速焊连，再通过超声波封口机的末端切刀切断，使处于气路连接通路的电池气氛处置接口与外部连接气路分离，从而实现了正压气氛下同位素温差电池气氛处置接口的快速、一次性密封，由于是非熔融焊接，避免了熔融态下内部气压造成焊口泄漏的风险。
2、本发明采用具有与温差电池轻质壳体材料相熔性较好的2A16H态的铝合金材料作为气氛处置接口，该铝合金材料可以与相近性质的材料通过电子束焊接、激光焊接、氩弧焊焊接等金属熔融焊方式连接，也可以与异性材料间通过压缩密封等方式连接；重要的是，2A16H态的铝合金在具有一定机械结构强度的同时，具有良好的延展性，适于采用超声波封口机进行一次密封连接。
3、本发明通过选用韧性较强的铝合金材料，可以在大气环境下、无大放热量要求的条件下快速完成同位素温差电池的密封连接，可以有效避免在采用金属熔融焊接方式时，电池内部正压气氛使熔融焊口泄漏造成电池失效，以及大热量焊接方式对复杂焊接冷却工装的连接要求造成焊接时间或补焊次数增长，铝合金薄壁管件的超声波焊接方法使同位素温差电池的接口密封时间缩短了4/5，增加了操作人员在放射性环境下的安全性。
4、本发明在薄壁接口完成初步超声波封口后，采用厚壁保护帽，对薄壁接口密封管进行二次密封保护，由于保护帽为厚壁结构，且为环缝连接，不需要单独的冷却保护工装，便于快速完成环缝接口密封。由于保护帽内腔容积小，在大热量焊接过程中，内部空气压力快速排放，不会形成持续压差，保证了保护帽二次密封的有效性，密封可靠性强；同时，厚壁保护帽自然对薄壁接口形成物理隔离和保护。
5、本发明利用超声波高频振荡原理结合特选薄壁铝合金材料，有效地提高了同位素温差电池的接口密封成品率和密封性、增强了薄壁接口安全性、缩短了接口密封操作时间；设计二次密封的保护帽结构，既增强了气密封可靠性，同时避免了对内部焊口的损伤风险，有效保障了同位素温差电池的安全性和可靠性、在轨的服役寿命、以及操作人员的辐射安全性。
附图说明
图1是本发明的气氛处置接口的结构示意图；
图2是本发明的保护帽的结构示意图；
图3是本发明的电池气路接口密封的结构示意图。
图中：1、气氛处置接口；11、薄壁管；12、台阶短管；13、螺纹；2、保护帽；21、沟槽；22、外沿；23、台阶坡口；3、电池壳端盖；4、环形接缝；5、台阶坡口环缝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，并配合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本发明实施例提供一种同位素温差电池气路接口一次密封及二次密封保护的方法，包括以下步骤：
S1、制造气氛处置接口1和保护帽2
气氛处置接口1的制造：采用2A16H态铝合金材料管件进行车削和钻孔，形成上端为壁厚0.8mm～1.2mm、上端管长≥50mm的薄壁管11，下端为具有螺纹13的台阶短管12，结构如图1所示。
保护帽2的制造：采用2A16H态铝合金材料管件进行车削，形成内部为空腔，上端为壁厚2mm，下端为具有向外朝上方翻折延伸的有独立沟槽21的管帽，且沟槽外沿22的顶部外端面具有台阶坡口23，结构如图2所示。
S2、将气氛处置接口1预先与电池壳端盖3通过气氛处置接口下端的螺纹13螺接定位，然后通过激光焊接、氩弧焊焊接或电子束焊接等熔融焊接的方式对电池壳端盖内侧与气氛处置接口的环形接缝4进行密封连接。
S3、在电池完成换能器集成、气氛处置后，用超声波封口机对气氛处置接口进行密封焊接(超声波焊接时采用的功率、频率、气体压力根据实际设计结构件的尺寸进行调整)，使焊口保持均匀的扇形网格焊接面，再通过超声波封口机的末端切刀在焊口网格焊接面处切断管体，切口整齐，经焊接加压后的扇形面两侧无裂纹，使处于气路连接通路的电池气氛处置接口与外部连接气路分离，完成气路接口的一次密封。
S4、将保护帽2扣合在电池壳端盖3上，使暴露在电池壳端盖外的气氛处置接口管体和焊口全部伸入保护帽内腔中。
S5、调整保护帽，使保护帽2底部的台阶坡口23与电池壳端盖3的连接口端面齐平，压紧保护帽，采用氩弧焊(TIG焊)方式在台阶坡口环缝5位置焊接密封保护帽，完成二次密封保护，结构如图3所示。
通过上述方法进行的同位素温差电池接口密封连接，大大提高了电池气路接口密封的一次成品率，降低了电池集成操作人员在放射性环境中的受照剂量。并且通过罩设在气氛处置接口外侧的增厚型保护帽，既提高了电池的密封漏率可靠性，同时避免了薄壁气氛处置接口在电池产品集成、试验、测试、搬运、装器等过程中磕碰损伤造成电池漏气失效的风险，是提高空间产品可靠性、安全性的有效方法。
本发明所述的气氛处置接口不局限于采用铝合金材料，也可以是铜、不锈钢、钛合金等任何金属薄壁管件；保护帽也不局限于采用铝合金材料，也可以是铜、不锈钢、钛合金等任何金属薄壁管件；气氛处置接口和保护帽与电池壳端盖的连接方式可以是熔融焊接方式，也可以采用橡胶圈以压缩密封的形式进行密封连接。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。