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 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(chǎn)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(chǎn)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(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,已無法補救,只能整體報廢。為保證成品率,小批量生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)問題并修補,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(chǎn)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(guī)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(chǎn)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(xiàn)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(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(nèi)壁和外壁兩個方向進行。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(xiàn)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(xiàn)多種不同管徑的管路檢測。該結構選配零件數(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行管路密封性檢測的施工現(xiàn)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(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 結語

本文提出一種無損氣密檢測夾具的設計方案,具有結構簡單、拆卸方便、測量效率高的特點,且通用性強、可重復利用。該檢測夾具使生產(chǎn)測壓設備過程中的氣密性檢查問題易于實現(xiàn),通過增加關鍵工序后的質(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。