干气密封的加工.docx

一、干气密封主要元件的一般要求1、 硬质材料密封环密封端面平面度不大于0.0006mm，粗糙度Ra值不大于 0.2um，软质材料密封环密封端面平面度不大于0.0009mm，粗糙度Ra值不大于 0.2um，静止环密封端面与副密封O形橡胶圈接触部位表面粗糙度Ra值不大于 0.8um，旋转环两端面的平行度0.005mm。2、密封环端面不得有裂纹、杂质、气孔、磕碰等缺陷。
3、静密封O形橡胶圈槽与静密封0形橡胶圈接触部位表面粗糙度Ra值不大于1.6um。4、O形橡胶圈尺寸系列及公差按GB 3452.1-2005的规定，胶料的物理化学性能要求按JB/T 7757.2-2-2006的规定,O形橡胶圈可采用高于GB 3452.1-2005及JB/T 7757.2-2006的国外标准0形橡胶圈。5、弹簧的技术要求应符合JB/T 11107-2011的规定，同一套密封中各弹簧之间的自由高度差不大于0.5mm。6、石墨环需做气压试验，试验压力为0.3MPa持续10min不应有破裂和渗漏现象。二、干气密封动压槽的加工技术1、动压槽的常用加工方法干气密封与普通的机械密封相比在总体结构上并无太大区别，其中最大的特点是密封端面上开有微米级的动压槽，动压槽的加工是干气密封成败的关键技术之一。动压槽的加工方法主要有光刻法 、电火花加工 、电镀法 、喷砂法 、激光刻槽法等。1）光刻法 （ 化学腐蚀）在被刻槽的工件上涂以感光胶膜，然后将事先准备好的底片放于其上 ， 经曝光、显影、涂保护层后再在蚀刻液中浸蚀，便可得到所需的动压槽。这一方法在青铜上刻槽尚可 ，在硬质合金上刻槽时，由于胶膜在较高温度下耐不住浸蚀液的长时间腐蚀，为此刻出的槽形质量不高。2）电火花加工 （电蚀刻）此方法是利用2个电极放电的方法，将动压槽内待去除的材料电蚀刻掉， 其关键环节是放电头的制作。放电头端面结构和密封环端面动压槽结构相同，但图案是突出的。密封环和放电头分别连接2个电极，当2个端面接触时，产生放电，密封环端面动压槽部位的材料即被电蚀刻掉。这一方法要求电介质性能良好、放电头端面与密封环端面要平行，以取得均匀放电的效果， 否则各槽的槽深将难以保证。缺点是加工放电头困难，电蚀刻效率太低，放电头损耗较大。其次，加工成本高。而且，采用电火花加工方的动压槽效果不堪理想。再有就是电加工产生的表面应力造成的微裂纹会使材料的强度降低。3)电镀法此方法是将密封环端面动压槽以外的部位镀上一层硬质材料，从而制成动压槽的图案。这一方法的使用条件是槽的深度比较浅，其次被镀端面必须是能够电镀的材料，而且镀层要致密，和被镀面结合强度要足够髙。电镀过程中，被镀件悬挂要正确，否则不同部位的镀层厚度误差将加大，造成槽深不均匀，这样也破坏了密封端面的极髙的平行度。4)喷砂法此方法首先要制造喷砂掩膜，掩膜上开孔的图案同于动压槽结构。当掩膜置于密封件端面上时端面上动压槽以外的部位被盖住，露出部位的材料被高能喷砂去除，形成一定深度的动压槽。这一方法的技术关键在于掩膜材料的选择 、掩膜的制造 、掩膜与密封环端面的贴合及喷砂工艺的掌握等。喷砂方法的问题是制造精度较低 、加工的动压槽的边缘不齐、尖角等精细部位的失真严重 、截面槽形不好及喷砂面粗糙等，这些都会影响槽线的流体动压效果及密封特性。
5）激光刻槽法激光加工是利用激光的高能量进行工业热加工的一种方法，激光能将材料在极短的时间内汽化 、熔化而去除。与其他加工方法比较，激光刻槽法具有适用面广，对不同材料 、不同形状的加工表面均适合，工件无机械变形 、无污染，速度快，精度高，重复性好，自动化程度高等特点，尤其适用于浅槽加工。2、激光刻槽法加工干气动压槽方法1）激光刻槽加工动压槽的工作原理激光刻槽系统由主控箱 、激光电源 、 声光Q开关系统、XY振镜系统、光学系统、水冷系统、软件操作系统和工作台组成。由激光电源激励连续氪弧灯，发出的光经过聚光腔辐射到Nd: YAG激光晶体上， 再经过激光谐振腔共振后产生连续激光。该激光束通过声光Q开关调制后，变为近百千瓦的高峰值功率 、高重复频率的脉冲激光。该脉冲激光束经扩束后镜扩束后，顺序投射到X轴 、Y轴两只振镜扫描仪的反射镜上。振镜扫描仪在计算机控制下产生按程序编排的快速摆动，使激光束在平面X、Y 两维方向上进行扫描，再通过 “F-θ” 光学聚焦透镜组使激光束聚焦在加工物体的表面形成一个个微细的 、高能量密度的光斑。每一个高能量的激光脉冲瞬间就在物体表面烧蚀并且溅射出一个极细小的凹坑。经计算机控制的连续不断的这一过程，预先编排好的图形等内容就可以蚀刻在物体表面上。2）激光刻槽参数对动压槽加工的影响① 激光功率的影响现有的激光刻槽的功率一般在几十瓦到几百瓦之间。试验研究表明，扫描遍数相同时，功率越大，槽越深；同一功率，扫描遍数越多，槽越深；遍数在 5~10 时，槽深的变化较缓慢。② 扫描速度的影响不同的材料，打标速度由打标步长与步长时间来确定；跳跃速度由跳跃步长与步长时间确定。跳跃速度比打标速度高，因跳跃通过的时间越短越好。一般情况下，扫描遍数相同，速度越快，槽越浅；同一速度，扫描遍数越多，槽越深；速度越快不同扫描遍数的槽深差距越小。③ Q频率的影响在低Q频率时，有高的峰值功率和低的平均功率，实验知这种情况可增加材料的汽化率，用于去除更多的材料，进行深槽的雕刻；而在高的Q频率时， 有低的峰值功率和高的平均功率，实验知这种情况 “ 加热” 效应明显，仅引起材料变色或变形 ，而材料的去除则十分微弱研究表明：扫描遍数相同时，Q 频率越低，材料去除越多，槽越深；Q频率相同，扫描遍数越多，槽越深；扫描遍数越少，不同Q频率的槽深差距越小。④ 填充率的影响不同的填充率，单位宽度内的扫描线数不一样通过打标控制软件可任意调节。不同的填充率，对槽的深度和粗糙度影响都很大。一般情况下，某个填充率（ 如0.0003) 时，不同扫描遍数的槽部最深，而且槽深的差距最大；填充率越大，不同扫描遍数的槽深差距越小。不同的填充率对槽底面粗糙度的影响也不同，不同的扫描遍数， 当某个填充率打槽最深时（ 如 0.0003 ) 时， 粗糙度尺Ra值较高；同一填充率， 扫描遍数少， 粗糙度Ra值低⑤ 打标延迟打标延迟产生于打标要改变方向之前，通过实验可知，如果打标延迟时间较短，则在低的打标速度下不会产生明显影响，但在高的打标速度下会产生一些变形。如果打标延迟时间太长，则在变向部位将引起较深的雕刻点，这样也增加了打标的时间。⑥ 跳跃延迟跳跃延迟产生于跳跃结束的时候这段延迟时间也称为回复时间。因为跳跃比打标快得多，而跳跃时打标参数已发生变化，所以对振镜检流计来说， 需要这段延迟时间来回复打标时的参数。如果跳跃延迟时间太短，就没有足够的时间使检流计得到适当的回复，那么在所谓的 “ 过冲” 期间就开始下一步打标，导致扫描轨迹的失真。⑦ 激光开/关延迟振镜检流计的惯性会导致其对命令信号的响应有一时间的延迟。为了使激光束开 /关和振镜检流计同步运动，必须使激光束开/关有一时间延迟，其设置视扫描速度而定。激光开延迟产生于一矢量打标的开始，此时保持激光关闭直到振镜检流计响应到命令信号；激光关延迟产生于一打标矢量的结束，此时保持激光开启直到矢量的结束。若激光开延迟太短，将在振镜检流计达到设置的打标速度以前打开激光，会在矢量打标开始时积聚很多激光脉冲能量，出现深度雕刻的现象；若激光开延迟太长 ，在激光打开以前振镜检流计就达到了其设置的打标速度，会在一矢量打标开始时产生丢步现象。若激光关延迟太短，将会在矢量打标到达结束前关闭激光，发生矢量最后一部分没有雕刻的现象；若激光关延迟太长，将会在矢量打标到达结束时继续雕刻，导致在打标矢量结束点上产生深度雕刻的现象。3）激光刻槽加工动压槽的步骤①端面动压槽（ 螺旋槽 、 T 形槽等 ）图形的计算机设计和绘制，一般情况下， 激光刻槽系统都会提供相关的软件或与其他软件的接口。②导入工件图形文件到激光打标机的打标软件中，检查图形文件是否导人正确；同时设计图形的填充率。③定位工件；因为动压槽需要同心，需要把激光刻槽机的中心与被刻槽的密封环的几何中心相重合。定位的方法可以采用试调的过程，即在模拟工件上，通过试刻槽的方法使两个中心相重合。④调整工艺参数，不同的激光刻槽机和刻槽密封环的材质不同时，所需要设定的参数也不尽相同，需要采用试打的方法才能刻出理想的动压槽深度和表面质量。⑤打标。⑥把打标后的工件进行研磨 、 抛光， 保证密封端面精度。⑦测量与检查， 可以釆用三维深度仪或三维放大影响设备测量和检测密封环的动压槽的刻槽质量。