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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、產生管路損耗。為解決氣體流場測量探頭在生產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,達到無損檢測的目的,并通過生產應用,證實了該方案在提高生產效率方面的有效性。

引言

在氣體流場的壓力測量中,要求對被測設備外形的改變盡可能小,因此測壓裝置通常采用毛細管引出被測壓力。在設備表面固定、直接引壓的應用場合中,毛細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管。

測壓類傳感器或測量耙在生產完成后均安裝設計成熟的管路接口,便于進行氣密性檢查;但在生產過程中由于管路無法連接,通常不進行氣密性檢查,往往無法及時檢出加工過程中常出現的管路成型損傷和焊接質量問題,而成品階段檢出問題時,已無法補救,只能整體報廢。為保證成品率,小批量生產的備件量達2倍以上。本文介紹一種無損的毛細管氣密性檢測夾具,可在每一步關鍵工序完成后進行氣密檢測,有利于及時發現問題并修補,降低備件數量,節約生產成本。

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口連接方式。圖1所示為典型的毛細管與寶塔接頭的釬焊連接,圖2所示為標準接管咀連接方式,圖3所示為金屬管的無擴口連接方式[1]。

焊接對管路產生永久性的結構改變,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口或球形凸起,對于毛細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管時,管路長度超規定制進一步增加成本。

2 無損氣密檢測夾具設計

2.1 設計原理

以測量耙和空速管為例,生產過程中進行氣密性檢測時,通常封堵進氣口,自引氣端的毛細管光管段連接氣源進行測試。該檢測夾具需對二者的管徑進行變換,并實現毛細管光管段的無損氣密連接。管徑變換由轉接零件完成,設計核心在于光管的無損氣密連接。實現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,由于該工藝較復雜,對管路影響大,重復拆裝困難,因此考慮采取材料變形方式,借鑒接管咀結構,在壓緊材料方面進行適應性設計。

對管路進行壓緊密封時可從內壁和外壁兩個方向進行。圖2所示即為自內壁壓緊實現封邊,不能實現無損效果。當采用外壁密封時,金屬密封墊的擠壓變形量達到塑性變形,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 夾具結構

該無損檢測夾具的結構如圖4所示,分別由外套螺母、墊片、錐封墊圈及轉接件組成,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接件擠壓,錐封墊圈變形后同時擠緊轉接件右端的錐形面和金屬管的管壁,從而實現金屬管與轉接件密封。密封效果與零件的密封接觸面和彈性材料有關。在本設計中,轉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,可實現多種不同管徑的管路檢測。該結構選配零件數量少、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。

3 應用實例

該無損氣密檢測夾具已在空速管生產中投入使用,圖5所示為焊接工序后進行管路密封性檢測的施工現場圖,手動氣壓臺左側通過該夾具固定待測零件,右側安裝氣壓表。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中,由于增加過程檢驗,成品率從原來的60%提升到95%以上,質量控制效果顯著。