固体激光器铟丝密封气密性能实验研究.pdf

:./.固体激光器铟丝密封气密性能实验研究谢兰强乔 迁云子艳邓明发于振华(北京东方锐镭科技有限公司 天津分公司 天津)摘 要:该文对固体激光器铟丝密封结构的气密性能进行实验研究 重点通过铟丝密封试验工装对铟丝密封结构的开槽尺寸、高低温性能、重复使用效果进行试验测试得出铟丝作为密封材料的相关变化规律为铟丝密封气密性能研究应用提供了参考关键词:铟丝固体激光器气密性能中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引 言现代工业中泄漏问题普遍存在 泄漏不仅会造成能源浪费、物料流失、环境污染甚至还会酿成火灾、引起爆炸直接危及人身安全带来巨大的经济损失 密封技术所要解决的问题就是防止或减少泄漏能够防止或减少泄露的装置和措施称为密封 重视密封技术的的科学研究加强密封的管理、开发和应用可提高设备效率节省成本保护环境保证机器设备安全、可靠、长期正常运转保证机器设备的连续正常生产促进企业发展和效益提高随着密封技术的发展人们对密封材料提出了越来越严格的要求从而推动和促进了各种新型密封材料和工艺的发展 为了保证密封具有良好的密封性能及长久的使用寿命除了应具有合理的密封机构及制造工艺外更重要的是应具有良好的密封性能材料固体激光器具有结构紧凑、电光转换效率高、光束质量好、可靠性高等优点在工业加工、科研及军事领域有着广泛的应用成为当前激光技术发展的主要方向之一 固体激光器常用的密封材料是硅橡胶 型圈此种密封材料需通过模具制作加工成本高、周期长且硅橡胶易挥发严重影响激光器中光学器件的使用寿命 因此需要开发一种新的密封材料来解决固体激光器所存在的问题 笔者以铟丝密封结构为对象重点研究了密封槽的开槽尺寸对其气密性能的影响并测试了低温、高温 环境温度及重复拆装等对其气密性能的影响并得出钢丝作为密封材料的变化规律为铟丝密封气密性能研究应用提供新的参考依据 实验对象和目的研究对象是固体激光器铟丝密封结构如图 所示 实验目的在于测试铟丝密封密封槽开槽尺寸对密封结构气密性能的影响以及低温、高温 环境温度重复拆装等对其气密性能的影响此密封结构中壳体密封腔侧壁安装面设计有凹槽形结构上盖安装面设计有凸台形结构铟丝安装于壳体侧壁安装面的凹槽中图 铟丝密封结构示意图.铟丝密封密封槽开槽尺寸理论计算使用铟丝规格为.进行密封时壳体密封槽开槽尺寸为凹槽宽高 .上盖安装面凸台宽度尺寸为 .上盖研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:谢兰强()男安徽阜阳人工程师研究方向:固体激光器、光纤激光器、激光测距机、功率电源的机械结构设计凸台顶部与壳体密封槽底部间距为 铟丝具有良好的延展性、可塑性在上盖与壳体安装时铟丝在密封槽中的填充情况分为两种:当铟丝只在密封槽底部填充未挤压到密封槽侧壁时如图 所示上盖凸台顶部与壳体密封槽底部间距为 当铟丝在密封槽底部和侧壁均完全填充时如图 所示上盖凸台顶部与壳体密封槽底部间距为 因此上盖凸台顶部与壳体密封槽底部间距 的取值范围为 其中、的计算公式分别为:()()()图 铟丝部分填充示意图 图 铟丝全部填充示意图 在式()、()中 、.经计算得.铟丝密封密封槽开槽尺寸实验测试根据以上计算结果结合实际机械结构件加工要求分别取.、.、.进行实验测试 采用负压法使用氦质谱检漏仪(型号)、铟丝密封结构工装、氦气瓶等进行气密性能检测实验原理框图如图 所示 该实验通过监测铟丝密封结构的气体泄漏率(/)的数值判断其气密性能的优劣图 气密性能检测实验原理框图 把氦质谱检漏仪检测接口和铟丝密封结构工装通过金属导管连接启动氦质谱检漏仪把铟丝密封结构工装内部空气抽出使其达到真空状态氦气瓶出气口连接喷枪打开喷枪向铟丝密封结构工装表面喷出氦气观察并记录氦质谱检漏仪显示屏上的泄漏率数值实物测试如图 所示图 气密性能检测实验实物图 分析记录的测试数据泄漏率变化如图 所示当.、.、.时铟丝密封结构的泄漏率数值曲线较为平稳说明铟丝密封结构具有良好的稳定性 此外.时气体泄漏率数值约是.、.时的 倍.时气体泄漏率数值约是.时的 倍 因为泄漏率数值越小气密性能越好所以优选.时的铟丝密封结构图 泄漏率变化 高低温实验测试为满足特殊使用环境温度要求需验证铟丝密封结构在高低温环境下泄漏率的稳定性对 .图 气密性能检测实验实物图 时的铟丝密封结构进行高低温环境实验测试 使用高低温湿热稳定试验箱(型号)对铟丝密封结构进行低温、高温 两种极端工作环境的泄漏率实验测试实验实物图如图 所示与常温工作环境下的泄漏率数值进行对比分析记录的测试数据结果如图 所示 铟丝密封结构在低温、高温 两种工作环境的气体泄漏率比常温环境下的泄漏率数值均有所增加高机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)研究与试验温环境下的泄漏率数值比低温环境下的泄漏率数值低但 种情况下泄漏率数值均满足使用要求 分析推测原因是高低温环境下铟丝密封结构发生形变导致泄漏率有所增加而高温环境下铟丝会发生膨胀导致其泄漏率低于低温环境下的泄漏率 因为低温、高温 泄漏率数值曲线均较为平稳所以.时的铟丝密封结构满足在特殊环境温度下的使用要求图 高低温环境下泄漏率变化 重复拆装实验测试通过以上实验得知铟丝密封结构具有良好的气密性能但铟丝的造价较高增加了铟丝密封的使用成本 因此需要考虑铟丝是否可以重复使用这里对铟丝密封结构进行重复拆装实验测试其泄漏率数值的变化结果如表 所列进而验证铟丝是否具有重复利用的可能表 重复拆装泄漏率变化序号拆装前泄漏率/(/)拆装后泄漏率/(/).由表 实验数据知铟丝密封结构中铟丝在重复使用时其气体泄漏率呈大幅上升趋势且稳定性较差因此不具有重复使用条件后续还需进一步进行验证试验寻找降低使用成本的方法 结 论采用铟丝密封试验工装对铟丝密封结构的开槽尺寸、高低温性能、重复使用效果进行试验测试得到如下结论()在铟丝密封结构中上盖凸台顶部与壳体密封槽底部间距 .时气体泄漏率数值最小稳定性较高满足使用要求()在低温、高温 两种极端工作环境下铟丝密封结构泄漏率数值与常温环境相比变化较小且稳定性较高满足特殊环境下的使用要求()铟丝在铟丝密封结构中不适和重复使用拆装相应结构时需及时更换上述试验结果得到了铟丝作为密封材料的相关变化规律为铟丝密封气密性能进一步研究应用提供了参考参考文献:吴 笛.密封技术及应用.北京:化学工业出版社.顾伯勤李新华.静密封设计技术.北京:中国标准出版社.刘艳军吴国风.金属 形环密封结构的泄漏模型研究.润滑与密封():.王 波矫桂琼赖东方等.真空结构橡胶密封圈的泄漏率分析.西北工业大学学报():.沈明学李文静谢林君等.反应堆压力容器法兰面沟槽尺寸参数对其金属 形环密封性能的影响.原子能科学技术():.():.():.刘姝娟金 滔汤 珂等.铟丝密封件低温密封性能实验研究.低温工程():.张建可徐玉渭冀勇夫等.高压低温密封试验研究部分试验结果讨论及理论分析.低温工程():.雒惠云.法兰密封的低温试验研究.真空与低温():.研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用