引言

在气体流场的压力测量中,要求对被测设备外形的改变尽可能小,因此测压装置通常采用毛细管引出被测压力。在设备表面固定、直接引压的应用场合中,毛细管通常采用的非金属材料有尼龙、聚氨酯和特氟龙材料,使用温度范围不超过200℃;超过该温度范围通常采用金属管,如总压测头、测量耙和空速管等;在一些高温测量场合中,甚至用到定制的特种金属毛细管。

 

测压类传感器或测量耙在生产完成后均安装设计成熟的管路接口,便于进行气密性检查;但在生产过程中由于管路无法连接,通常不进行气密性检查,往往无法及时检出加工过程中常出现的管路成型损伤和焊接质量问题,而成品阶段检出问题时,已无法补救,只能整体报废。为保证成品率,小批量生产的备件量达2倍以上。本文介绍一种无损的毛细管气密性检测夹具,可在每一步关键工序完成后进行气密检测,有利于及时发现问题并修补,降低备件数量,节约生产成本。

 

1 常见金属管路连接方式

金属管的相互连接通常采用的方式有焊接和接管咀,金属管与非金属管路连接通常采用无扩口连接方式。图1所示为典型的毛细管与宝塔接头的钎焊连接,图2所示为标准接管咀连接方式,图3所示为金属管的无扩口连接方式[1]。

焊接对管路产生永久性的结构改变,焊接时的高温也会影响管路材料的物理特性。焊接后不易拆除,拆除时需截断已使用部分,如需多次检测,对管路长度的损耗巨大。接管咀连接方式一般会对管路端头加工扩口或球形凸起,对于毛细管而言加工较为困难,在拆除时同样损耗管路。

 

管路损耗提高了订货要求,尤其采用特种金属毛细管时,管路长度超规定制进一步增加成本。

 

2 无损气密检测夹具设计

2.1 设计原理

以测量耙和空速管为例,生产过程中进行气密性检测时,通常封堵进气口,自引气端的毛细管光管段连接气源进行测试。该检测夹具需对二者的管径进行变换,并实现毛细管光管段的无损气密连接。管径变换由转接零件完成,设计核心在于光管的无损气密连接。实现零件密封的主要方式有熔接和材料变形。熔接的主要工艺是焊接,由于该工艺较复杂,对管路影响大,重复拆装困难,因此考虑采取材料变形方式,借鉴接管咀结构,在压紧材料方面进行适应性设计。

 

对管路进行压紧密封时可从内壁和外壁两个方向进行。图2所示即为自内壁压紧实现封边,不能实现无损效果。当采用外壁密封时,金属密封垫的挤压变形量达到塑性变形,为避免硬度较大的金属密封件挤压变形后无法拆卸,使用形变量大的橡胶材料作为变形密封件。

 

2.2 夹具结构

该无损检测夹具的结构如图4所示,分别由外套螺母、垫片、锥封垫圈及转接件组成,其中锥封垫圈采用橡胶1250,其余零件均采用金属材料加工。

如图4所示,转接件一端连接待测金属管,另一端通过螺纹密封与压力源连接。外套螺母将锥封垫圈向转接件挤压,锥封垫圈变形后同时挤紧转接件右端的锥形面和金属管的管壁,从而实现金属管与转接件密封。密封效果与零件的密封接触面和弹性材料有关。在本设计中,转接件和锥封垫片的密封面采取74°锥面,控制锥封垫圈受到挤压时的形变方向,并要求密封面的粗糙度不低于3.2μm。锥封垫圈采用橡胶材料,用于静密封时表面粗糙度应不低于6.3μm,压缩量取10%～15%[1-2]。

 

为适配多种管径,外套螺母的中心孔较大,不利于控制锥封垫圈的压缩变形。在外套螺母和锥封垫圈之间加装垫片可有效解决该问题,垫片中心孔与被测管路外径间隙配合。通过选配不同中心孔的锥封垫圈和垫片,可实现多种不同管径的管路检测。该结构选配零件数量少、外形简单,易于加工。该夹具操作简便,保障工具种类少,单人使用活口扳手即可实现。

 

3 应用实例

该无损气密检测夹具已在空速管生产中投入使用,图5所示为焊接工序后进行管路密封性检测的施工现场图,手动气压台左侧通过该夹具固定待测零件,右侧安装气压表。测试条件为施加101kPa压力,3min后压力下降不允许超过300Pa。在该批次的空速管生产中,由于增加过程检验,成品率从原来的60%提升到95%以上,质量控制效果显著。

4 结语

本文提出一种无损气密检测夹具的设计方案,具有结构简单、拆卸方便、测量效率高的特点,且通用性强、可重复利用。该检测夹具使生产测压设备过程中的气密性检查问题易于实现,通过增加关键工序后的质量控制点来及时发现并处理问题,保证#终的成品率,从而减少备件投入,降低管路损耗,提高生产效率并节约成本。