玻璃-金属压封式热管真空太阳集热管封接应力计算与分析

■ 焦青太 魏宝成 殷志强

（1.太阳雨太阳能集团有限公司；2.清华大学电子工程系）

一 引言

玻璃－金属封接式热管真空太阳集热管可作为太阳能中温热利用的核心部件，将玻璃管与金属板用低熔点金属焊料进行压封是可选择的一种封接方式。

压封具有结构简单、部件易加工、对装配的精度要求低等优点。压封封接完成并降温后，由于膨胀系数不同，玻璃管和金属板的收缩量不同，压封件中会产生无法消除的残余应力[1]。将玻璃管中的残余应力称为封接应力。封接应力与真空致密性是封接件中的两个关键问题。这里研究分析封接应力，特别是最危险的玻璃拉应力。

殷志强等人[2]对陶瓷－金属平面封接中的应力进行了分析与计算。本文将对玻璃-金属压封件中的封接应力进行分析与计算。

二 玻璃-金属压封封接应力计算公式

对玻璃－金属压封封接应力进行分析时，所简化为：(1)适用板壳理论；(2)忽略低熔点金属焊料对应力的影响；(3)金属板中应力在弹性限度以内；(4)忽略玻璃管翻边与金属板上小孔。

玻璃－金属压封件实物如图1所示。图2是压封件的简化示意图，其中，tg表示玻璃管的厚度；tm表示金属板的厚度；R表示玻璃管的平均半径。

图1 玻璃-金属压封件

图2 玻璃-金属压封件简化示意图

玻璃管与金属板通过端面相互作用。通常金属板比玻璃管膨胀系数大，因此金属板收缩量大，在玻璃管端面圆周上会产生单位长度的内力P，内力P使玻璃管端面收缩、旋转，同时还有单位长度的力矩M，对P所引起的收缩、旋转起到抵消作用。……