摘要:常見金屬管路的氣密性檢查方式均需對管路額外加工、產(chǎn)生管路損耗。為解決氣體流場測量探頭在生產(chǎn)過程中的氣密性檢查問題,本文通過對比常見金屬管路連接方式,提出一種采用彈性材料密封的解決方案,達(dá)到無損檢測的目的,并通過生產(chǎn)應(yīng)用,證實了該方案在提高生產(chǎn)效率方面的有效性。
引言
在氣體流場的壓力測量中,要求對被測設(shè)備外形的改變盡可能小,因此測壓裝置通常采用毛細(xì)管引出被測壓力。在設(shè)備表面固定、直接引壓的應(yīng)用場合中,毛細(xì)管通常采用的非金屬材料有尼龍、聚氨酯和特氟龍材料,使用溫度范圍不超過200℃;超過該溫度范圍通常采用金屬管,如總壓測頭、測量耙和空速管等;在一些高溫測量場合中,甚至用到定制的特種金屬毛細(xì)管。
測壓類傳感器或測量耙在生產(chǎn)完成后均安裝設(shè)計成熟的管路接口,便于進(jìn)行氣密性檢查;但在生產(chǎn)過程中由于管路無法連接,通常不進(jìn)行氣密性檢查,往往無法及時檢出加工過程中常出現(xiàn)的管路成型損傷和焊接質(zhì)量問題,而成品階段檢出問題時,已無法補(bǔ)救,只能整體報廢。為保證成品率,小批量生產(chǎn)的備件量達(dá)2倍以上。本文介紹一種無損的毛細(xì)管氣密性檢測夾具,可在每一步關(guān)鍵工序完成后進(jìn)行氣密檢測,有利于及時發(fā)現(xiàn)問題并修補(bǔ),降低備件數(shù)量,節(jié)約生產(chǎn)成本。
1 常見金屬管路連接方式
金屬管的相互連接通常采用的方式有焊接和接管咀,金屬管與非金屬管路連接通常采用無擴(kuò)口連接方式。圖1所示為典型的毛細(xì)管與寶塔接頭的釬焊連接,圖2所示為標(biāo)準(zhǔn)接管咀連接方式,圖3所示為金屬管的無擴(kuò)口連接方式[1]。
焊接對管路產(chǎn)生永久性的結(jié)構(gòu)改變,焊接時的高溫也會影響管路材料的物理特性。焊接后不易拆除,拆除時需截斷已使用部分,如需多次檢測,對管路長度的損耗巨大。接管咀連接方式一般會對管路端頭加工擴(kuò)口或球形凸起,對于毛細(xì)管而言加工較為困難,在拆除時同樣損耗管路。
管路損耗提高了訂貨要求,尤其采用特種金屬毛細(xì)管時,管路長度超規(guī)定制進(jìn)一步增加成本。
2 無損氣密檢測夾具設(shè)計
2.1 設(shè)計原理
以測量耙和空速管為例,生產(chǎn)過程中進(jìn)行氣密性檢測時,通常封堵進(jìn)氣口,自引氣端的毛細(xì)管光管段連接氣源進(jìn)行測試。該檢測夾具需對二者的管徑進(jìn)行變換,并實現(xiàn)毛細(xì)管光管段的無損氣密連接。管徑變換由轉(zhuǎn)接零件完成,設(shè)計核心在于光管的無損氣密連接。實現(xiàn)零件密封的主要方式有熔接和材料變形。熔接的主要工藝是焊接,由于該工藝較復(fù)雜,對管路影響大,重復(fù)拆裝困難,因此考慮采取材料變形方式,借鑒接管咀結(jié)構(gòu),在壓緊材料方面進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計。
對管路進(jìn)行壓緊密封時可從內(nèi)壁和外壁兩個方向進(jìn)行。圖2所示即為自內(nèi)壁壓緊實現(xiàn)封邊,不能實現(xiàn)無損效果。當(dāng)采用外壁密封時,金屬密封墊的擠壓變形量達(dá)到塑性變形,為避免硬度較大的金屬密封件擠壓變形后無法拆卸,使用形變量大的橡膠材料作為變形密封件。
2.2 夾具結(jié)構(gòu)
該無損檢測夾具的結(jié)構(gòu)如圖4所示,分別由外套螺母、墊片、錐封墊圈及轉(zhuǎn)接件組成,其中錐封墊圈采用橡膠1250,其余零件均采用金屬材料加工。
如圖4所示,轉(zhuǎn)接件一端連接待測金屬管,另一端通過螺紋密封與壓力源連接。外套螺母將錐封墊圈向轉(zhuǎn)接件擠壓,錐封墊圈變形后同時擠緊轉(zhuǎn)接件右端的錐形面和金屬管的管壁,從而實現(xiàn)金屬管與轉(zhuǎn)接件密封。密封效果與零件的密封接觸面和彈性材料有關(guān)。在本設(shè)計中,轉(zhuǎn)接件和錐封墊片的密封面采取74°錐面,控制錐封墊圈受到擠壓時的形變方向,并要求密封面的粗糙度不低于3.2μm。錐封墊圈采用橡膠材料,用于靜密封時表面粗糙度應(yīng)不低于6.3μm,壓縮量取10%～15%[1-2]。
為適配多種管徑,外套螺母的中心孔較大,不利于控制錐封墊圈的壓縮變形。在外套螺母和錐封墊圈之間加裝墊片可有效解決該問題,墊片中心孔與被測管路外徑間隙配合。通過選配不同中心孔的錐封墊圈和墊片,可實現(xiàn)多種不同管徑的管路檢測。該結(jié)構(gòu)選配零件數(shù)量少、外形簡單,易于加工。該夾具操作簡便,保障工具種類少,單人使用活口扳手即可實現(xiàn)。
3 應(yīng)用實例
該無損氣密檢測夾具已在空速管生產(chǎn)中投入使用,圖5所示為焊接工序后進(jìn)行管路密封性檢測的施工現(xiàn)場圖,手動氣壓臺左側(cè)通過該夾具固定待測零件,右側(cè)安裝氣壓表。測試條件為施加101kPa壓力,3min后壓力下降不允許超過300Pa。在該批次的空速管生產(chǎn)中,由于增加過程檢驗,成品率從原來的60%提升到95%以上,質(zhì)量控制效果顯著。
4 結(jié)語
本文提出一種無損氣密檢測夾具的設(shè)計方案,具有結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便、測量效率高的特點,且通用性強(qiáng)、可重復(fù)利用。該檢測夾具使生產(chǎn)測壓設(shè)備過程中的氣密性檢查問題易于實現(xiàn),通過增加關(guān)鍵工序后的質(zhì)量控制點來及時發(fā)現(xiàn)并處理問題,保證#終的成品率,從而減少備件投入,降低管路損耗,提高生產(chǎn)效率并節(jié)約成本。
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